JP2012162009A - ドットインパクトプリンター - Google Patents

Abstract

【課題】 記録ヘッドの移動のための負荷を軽減しつつ、単純な構造で記録ヘッドを適切に冷却することができるドットインパクトプリンターを提供することを、その課題とする。
【解決手段】ドットインパクト方式の記録ヘッド５と、吸熱面２１ａを記録ヘッド５に密接させて設けたペルチェ素子２１と、加熱面２３ａをペルチェ素子２１の放熱面２１ｂに密接させて設けたゼーベック素子２３と、ペルチェ素子２１を制御する冷却制御部５３と、ゼーベック素子２３の発生電力を蓄電するバッテリー電源５６と、を備えたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁気回路により記録ワイヤーを駆動するドットインパクト方式の記録ヘッドを備えたドットインパクトプリンターに関するものである。

この種のドットインパクトプリンターとして、主走査される記録ヘッドに、ペルチェ素子と、ペルチェ素子の熱を外部に逃がす冷凍サイクルと、を備えたものが知られている（特許文献１参照）。
ペルチェ素子は、吸熱側を記録ヘッドに接合され、放熱側を冷凍サイクルの蒸発器に接合されている。一方、冷凍サイクルは、蒸発器、膨張弁、凝縮器および圧縮器を冷媒配管で直列に接続して構成されている。記録ヘッドの駆動コイルから発生した熱は、ペルチェ素子に吸熱され、更に蒸発器から凝縮器を経て、凝縮器に設けたファンにより装置外部に放熱される。これにより、駆動する記録ヘッドが、常に臨界温度以下に冷却されるようになっている。

特開平１−１１３２７３号公報

このような、従来のドットインパクトプリンターでは、記録ワイヤーの駆動により発生する記録ヘッドの熱を、装置外部に廃熱するために、冷凍サイクルを用いている。このため、装置構成が極めて複雑になる問題があった。また、キャリッジには、記録ヘッドやペルチェ素子の他、蒸発器が搭載されるため、キャリッジの荷搬重量が増えると共に、キャリッジの往復動（主走査）に伴って冷媒配管を引き回すこと必要があり、記録ヘッドの移動のために大きな負荷が掛かる問題があった。

本発明は、記録ヘッドの移動のための負荷を軽減しつつ、単純な構造で記録ヘッドを適切に冷却することができるドットインパクトプリンターを提供することを、その課題としている。

本発明のドットインパクトプリンターは、ドットインパクト方式の記録ヘッドと、吸熱面を記録ヘッドに密接させて設けたペルチェ素子と、加熱面（高温側検出面）をペルチェ素子の放熱面に密接させて設けたゼーベック素子と、ペルチェ素子を制御する冷却制御部と、ゼーベック素子の発生電力を蓄電する蓄電部と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、駆動により発生した記録ヘッドの熱は、ペルチェ素子の駆動（電力の印加）により、その吸熱面から吸熱され放熱面に熱移動する。さらに、ペルチェ素子の放熱面の熱は、ゼーベック素子の加熱面（高温側検出面）を加熱する。すると、ゼーベック素子は、その加熱面（高温側検出面）と冷却面（低温側検出面）との温度差により電力を発生し、この発生電力は蓄電部に蓄電される。すなわち、記録ヘッドの熱は、ペルチェ素子によるペルチェ効果により吸熱され、更にゼーベック素子によるゼーベック効果により電力に変換される。このため、装置構成の複雑化が回避されると共に、記録ヘッド廻りの荷搬重量も抑制することができ、記録ヘッドの移動のための負荷を軽減しつつ、単純な構造で記録ヘッドを適切に冷却することができる。また、蓄電部に蓄電された電力は、再生エネルギーとして使用することができ、省エネルギー化を達成することができる。

この場合、ゼーベック素子の冷却面に密接して設けたヒートシンクを、更に備えることが好ましい。

この構成によれば、ヒートシンクにより、ゼーベック素子の加熱面と冷却面との温度差をより大きくすることができるため、電力を効率良く発生させることができる。この場合、印刷動作において記録ヘッドが主走査されるものでは、記録ヘッドの往復動（主走査）に伴って、ヒートシンクも往復動するため、ヒートシンクも効率良く冷却される。

また、記録ヘッドの温度を検出する温度検出部を、更に備え、冷却制御部は、温度検出部の検出結果に基づいて、ペルチェ素子の駆動を制御することが好ましい。

この構成によれば、記録ヘッドを、常に臨界温度以下となるように冷却することができ、印刷途中において印刷スピードを低減し、或いは記録ヘッドの駆動を休止することなく、印刷を続行することができる。

この場合、ヒートシンクを冷却する冷却ファンを、更に備え、冷却制御部は、温度検出部の検出結果に基づいて、冷却ファンを更に制御することが好ましい。

この構成によれば、冷却ファンによりヒートシンクを介してゼーベック素子の冷却面を十分に冷やすことができ、ゼーベック素子の加熱面と冷却面との温度差をより大きくすることができる。これにより、ゼーベック素子の電力をより一層、効率良く発生させることができる。なお、冷却ファンは、筐体内の雰囲気を換気するファンを兼ねることが好ましい。

さらに、少なくともペルチェ素子は、蓄電部から電力供給されることが好ましい。

この構成によれば、ゼーベック素子により蓄電部に蓄電された電力を含め、ペルチェ素子に供給する電力として（厳密には、電力の一部として）還流することができる。したがって、装置全体として、省エネルギーを達成することができる。

加えて、記録ヘッド、ペルチェ素子およびゼーベック素子が搭載されたキャリッジと、キャリッジを移動させる移動手段と、ペルチェ素子と冷却制御部とを接続すると共に、キャリッジに移動に伴って追従変形する第１のケーブルと、ゼーベック素子と蓄電部とを接続すると共に、キャリッジに移動に伴って追従変形する第２のケーブルと、を更に備えることが好ましい。

この構成によれば、移動するキャリッジに記録ヘッド、ペルチェ素子およびゼーベック素子が搭載されているため、記録ヘッドに発生した熱を効率良く移動させることができる。また、記録ヘッドの冷却を効率良く行いつつ、キャリッジの荷搬重量を極力抑制することができる。さらに、第１のケーブルおよび第２のケーブルを、少なくとも１部で束線可能とすることができ、移動するキャリッジに大きな負荷を与えることなく、これらを適切に配線することができる。この場合、両ケーブルをＦＦＣやＦＰＣとすることも可能である。

実施形態に係るドットインパクトプリンターの全体模式図である。 実施形態に係るドットインパクトプリンターの記録ヘッド廻りの拡大模式図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の一実施形態に係るドットインパクトプリンターについて説明する。
図１は、実施形態に係るドットインパクトプリンターの全体模式図であり、同図に示すように、ドットインパクトプリンター１は、プラテンローラー３を有し、記録用紙Ｐやインクリボンを送る用紙搬送部２と、記録ヘッド５を有し、記録用紙Ｐに印刷を行う印刷部４と、記録ヘッド５に搭載され、記録ヘッド５を冷却するヘッド冷却部６と、これら構成装置を統括制御する制御部７と、を備えている。また、ドットインパクトプリンター１は、これら用紙搬送部２、印刷部４、ヘッド冷却部６および制御部７を、後述する装置フレーム８と共に筐体９に収容して、構成されている。

用紙搬送部２は、例えば、上記のプラテンローラー３と、プラテンローラー３との間に記録用紙Ｐ（およびインクリボン）を挟持して送るピンチローラー（図示省略）と、プラテンローラー３の上流側に配設され、記録用紙Ｐを１枚ずつ印刷部４に送り込む給紙ローラー（図示省略）と、プラテンローラー３の下流側に配設され、印刷済みの記録用紙Ｐを印刷部４から送り出す排紙ローラー（図示省略）と、用紙送り経路に配設された各種の用紙送りガイド（図示省略）と、を備えている。そして、プラテンローラー３を始め、これらの各種ローラーおよび用紙送りガイドは、装置フレーム８に両持ちで支持されている。

給紙ローラーから送り込まれた記録用紙Ｐ（およびインクリボン）は、先端検出の後、プラテンローラー３に咬み込んで頭出しが行われる。頭出しの後、記録用紙Ｐはプラテンローラー３により間欠送り（副走査）され、この間欠送りに同期して印刷部４により、文字等の画像の印刷が行われる。所望の印刷が完了すると、記録用紙Ｐは、再度連続送りとなり、排紙ローラーにより装置の外部に排出（排紙）される。

印刷部４は、例えば、上記の記録ヘッド５と、記録ヘッド５を上記の間欠送りと直交する方向に往復動（主走査）させるヘッド移動機構（移動手段）１１と、を備えている。記録ヘッド５は、複数本の記録ワイヤーと、複数本の記録ワイヤーを選択的に駆動させる駆動コイル（いずれも図示省略）とを有するヘッド本体１２を、キャリッジ１３に組み込んで構成されている。このように構成された記録ヘッド５は、ヘッド本体１２を上記のプラテンローラー３に対峙させた状態で、ヘッド移動機構１１のガイドロッド１４にスライド自在に支持されている。

ヘッド移動機構１１は、上記のガイドロッド１４と、記録ヘッド５をガイドロッド１４に沿って往復動させるタイミングベルト（図示省略）と、タイミングベルトが掛け渡された駆動プーリおよび従動プーリ（いずれも図示省略）と、駆動プーリを正逆回転させるモーター（図示省略）と、を有している。そして、ガイドロッド１４は、装置フレーム８に両持ちで支持され、また駆動プーリ、従動プーリおよびモーターも装置フレーム８に支持されている。

記録ヘッド５は、タイミングベルトの一部に固定されており、モーターの正逆回転に伴い、タイミングベルトを介してガイドロッド１４上を往復動する（主走査）。この往復動に同期して記録ヘッド５が駆動され（複数本の記録ワイヤーが選択的に駆動され）、所望の印刷が実施される。また、記録ヘッド５（好ましくは、ヘッド本体１２）には、ヘッド本体１２の温度を検出する温度センサー（温度検出部）１６が設けられており、温度センサー１６は制御部７に接続されている。

図１および図２に示すように、ヘッド冷却部６は、吸熱面２１ａを記録ヘッド５に密接させて設けたペルチェ素子２１と、加熱面２３ａをペルチェ素子２１の放熱面２１ｂに密接させて設けたゼーベック素子２３と、ゼーベック素子２３の冷却面２３ｂに密接して設けたヒートシンク２５と、を備えている。すなわち、ヘッド冷却部６は、記録ヘッド５側からペルチェ素子２１、ゼーベック素子２３およびヒートシンク２５を、この順で積層した構造を有している。また、ヘッド冷却部６は、筐体９内を換気し、主にヒートシンク２５を冷却する空冷機構２７と、を有している。

ペルチェ素子２１は、吸熱側プレート３１および放熱側プレート３２から成る２枚の異種金属板をＰＮ接合部３３で接合して構成されている。吸熱側プレート３１の記録ヘッド５側の面である吸熱面２１ａには、記録ヘッド５（好ましくは、ヘッド本体１２）が密接し、また放熱側プレート３２のゼーベック素子２３側の面である放熱面２１ｂには、ゼーベック素子２３が密接している。
ＰＮ接合部３３に電流を流すと、ペルチェ効果により吸熱側プレート３１から放熱側プレート３２に熱が移動する。すなわち、記録ヘッド５の熱が、吸熱側プレート３１を介して放熱側プレート３２に移動し、放熱側プレート３２を昇温する。そして、ペルチェ素子２１は、後述する冷却制御部５３により制御されるようになっている。

ゼーベック素子２３は、加熱側プレート３５と冷却側プレート３６とから成る２枚の異種金属板或いは半導体基板を、貼り合わせて構成されている。加熱側プレート３５のペルチェ素子２１側の面である加熱面（高温側検出面）２３ａには、ペルチェ素子２１が密接し、また冷却側プレート３６のヒートシンク２５側の面である冷却面（低温側検出面）２３ｂには、ヒートシンク２５が密接している。
加熱側プレート３５と冷却側プレート３６との間に温度差が生ずると、ゼーベック効果により（電荷粒子の拡散およびフォノンドラッグによって起こる）、加熱側プレート３５と冷却側プレート３６との間に電圧が発生する。すなわち、ペルチェ素子２１により加熱された加熱側プレート３５と、ヒートシンク２５により冷却された冷却側プレート３６との間に温度差が生ずると、電圧が発生する。そして、この発生電力は、後述するバッテリー電源５６に供給される。

ヒートシンク２５は、例えばアルミニウム等の熱伝導率の高い材料で構成され、
吸熱側がゼーベック素子２３の冷却面２３ｂに密接している。ヒートシンク２５の放熱側には、複数の放熱フィン（図示省略）が形成され、筐体９内の雰囲気と接触している。なお、記録ヘッド５、ペルチェ素子２１、ゼーベック素子２３およびヒートシンク２５の相互の密接部分には、伝熱効率を高めるべく、シリコングリース等を介在させることが好ましい。

図１に示すように、空冷機構２７は、筐体９に形成したがらり形式の吸気口４１と、吸気口４１に対応して筐体９に形成したがらり形式の排気口４２と、排気口４２に臨んで筐体９の内側に配設した冷却ファン４３と、を有している。吸気口４１と排気口４２とを結ぶエアーの流路には、キャリッジ１３を介して往復動するヒートシンク２５の移動軌跡が含まれている。冷却ファン４３を駆動すると、エアーが吸気口４１から筐体９内に流入し、主にエアーの流路を通って、排気口４２から筐体９外に排気される。これにより、ヒートシンク２５が冷却され、また記録ヘッド５等も冷却される。そして、冷却ファン４３は、後述する冷却制御部５３により制御されるようになっている。

制御部７は、電源ユニット５１と、用紙搬送部２および印刷部４を制御するプリント制御部５２と、ペルチェ素子２１および冷却ファン４３を制御する冷却制御部５３と、を備えている。電源ユニット５１は、商用電源に接続された整流回路５５と、整流回路５５に接続されたバッテリー電源（蓄電部）５６と、を有しており、このバッテリー電源５６から各部に電力が供給されるようになっている。プリント制御部５２は、入力された印刷データに基づいて、用紙搬送部２および印刷部４を制御し、複数本の記録ワイヤーの選択的に駆動を伴う記録ヘッド５の駆動と、ヘッド移動機構１１による記録ヘッド５の往復動と、から成る主走査を行うと共に、プラテンローラー３による記録用紙Ｐの副走査を行って、記録用紙Ｐに所望の印刷を実施する。

キャリッジ１３に搭載されている記録ヘッド５とプリント制御部５２とは、可とう性のケーブルで接続されている。同様に、ペルチェ素子２１と冷却制御部５３（第１のケーブル）、温度センサー１６と冷却制御部５３、さらにゼーベック素子２３とバッテリー電源５６（第２のケーブル）も、それぞれ可とう性のケーブルで接続されている。これらのケーブルは、例えば可動側をキャリッジ１３に固定され、固定側を装置フレーム８等に固定され、数箇所で束ねるように束線したＦＦＣやＦＰＣで構成されている。このＦＦＣやＦＰＣは、ガイドロッド１４に（キャリッジ１３の移動方向に）平行に、且つ横Ｕターン形状を為すように配線され、キャリッジ１３の移動に伴って、追従変形するようになっている。

冷却制御部５３は、上記の温度センサー１６の検出結果に基づいて、ペルチェ素子２１および冷却ファン４３への電力を制御する（具体的には、電圧を制御する）。実施形態の記録ヘッド５（ヘッド本体１２）では、印刷停止を余儀なくされる臨界温度が１１８℃〜１２０℃となっており、例えばヘッド本体１２が１００℃以下の温度を維持するようにペルチェ素子２１および冷却ファン４３が制御される。なお、冷却ファン４３は、常時駆動であってもよい。

以上のように本実施形態によれば、記録ヘッド５で発生した熱は、ペルチェ素子２１の駆動により、その吸熱面２１ａから吸熱され放熱面２１ｂに熱移動し、さらにペルチェ素子２１の放熱面２１ｂの熱は、ゼーベック素子２３の加熱面２３ａを加熱する。ゼーベック素子２３では、ペルチェ素子２１による加熱とヒートシンク２５による冷却とにより、加熱面２３ａと冷却面２３ｂとの間に温度差が生じ電力を発生する。すなわち、記録ヘッド５の熱を電力にエネルギー変換することができ、記録ヘッド５を適切に冷却することができる。また、記録ヘッド５の冷却に、ペルチェ素子２１、ゼーベック素子２３およびヒートシンク２５を用いるようにしているため、単純な構造で且つキャリッジ１３の荷搬重量を抑制することができ、主走査における記録ヘッド５の移動精度が損なわれることがない。さらに、ゼーベック素子２３の発生電力をバッテリー電源５６を介して、活用することができ、省エネルギー化を達成することができる。

なお、ヘッド冷却部６を、吸熱面２１ａを記録ヘッド５に密接させて設けたペルチェ素子２１、ペルチェ素子２１の放熱面２１ｂに密接させたヒートシンク２５およびヒートシンク２５に密接させたゼーベック素子２３の順で配置し、記録ヘッド５をペルチェ素子２１とヒートシンク２５とにより十分に降温した後、ヒートシンク２５に蓄熱した熱をゼーベック素子２３により電流（電力）に変換するようにしてもよい。同様に、ヘッド冷却部６を、記録ヘッド５に密接するヒートシンク２５、ペルチェ素子２１およびゼーベック素子２３の順で配置してもよい。

１ ドットインパクトプリンター、４ 印刷部、５ 記録ヘッド、６ ヘッド冷却部、７ 制御部、９ 筐体、１２ ヘッド本体、１６ 温度センサー、２１ ペルチェ素子、２１ａ 吸熱面、２１ｂ 放熱面、２３ ゼーベック素子、２３ａ 加熱面、２３ｂ 冷却面、２５ ヒートシンク、４３ 冷却ファン、５３ 冷却制御部、５６ バッテリー電源、Ｐ 記録用紙

Claims (6)

1. ドットインパクト方式の記録ヘッドと、
   吸熱面を前記記録ヘッドに密接させて設けたペルチェ素子と、
   加熱面を前記ペルチェ素子の放熱面に密接させて設けたゼーベック素子と、
   前記ペルチェ素子を制御する冷却制御部と、
   前記ゼーベック素子の発生電力を蓄電する蓄電部と、を備えたことを特徴とするドットインパクトプリンター。
2. 前記ゼーベック素子の冷却面に密接して設けたヒートシンクを、更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のドットインパクトプリンター。
3. 前記記録ヘッドの温度を検出する温度検出部を、更に備え、
   前記冷却制御部は、前記温度検出部の検出結果に基づいて、前記ペルチェ素子の駆動を制御することを特徴とする請求項１または２に記載のドットインパクトプリンター。
4. 前記ヒートシンクを冷却する冷却ファンを、更に備え、
   前記冷却制御部は、前記温度検出部の検出結果に基づいて、前記冷却ファンを更に制御することを特徴とする請求項３に記載のドットインパクトプリンター。
5. 少なくとも前記ペルチェ素子は、前記蓄電部から電力供給されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のドットインパクトプリンター。
6. 前記記録ヘッド、前記ペルチェ素子および前記ゼーベック素子が搭載されたキャリッジと、
   前記キャリッジを移動させる移動手段と、
   前記ペルチェ素子と前記冷却制御部とを接続すると共に、前記キャリッジに移動に伴って追従変形する第１のケーブルと、
   前記ゼーベック素子と前記蓄電部とを接続すると共に、前記キャリッジに移動に伴って追従変形する第２のケーブルと、を更に備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のドットインパクトプリンター。

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